鄒方元

(四川省長葫灌區(qū)管理局，四川 威遠(yuǎn)，642450)

1 工程概況

“引新濟(jì)葫”工程是四川省長葫灌區(qū)“十四五”規(guī)劃的重要水源工程，從威遠(yuǎn)河右岸支流新場河引水到葫蘆口水庫。新場河流域面積225km2，方案壩址集水面積54.9km2，年平均引水1090萬m3，充分利用長沙壩、葫蘆口水庫多年調(diào)節(jié)功能，實(shí)現(xiàn)“空間均衡”，有效解決灌區(qū)用水矛盾和擠占生態(tài)環(huán)境用水問題。

工程包含3部分：攔河取水工程、引水工程和庫區(qū)防護(hù)工程。引渠線路總長度6434m，其中隧洞長度6370m，城門洞結(jié)構(gòu)型式，尺寸2.2m×2.84m(寬×高)，底坡1∶1600，設(shè)計(jì)引水流量6.0m3/s，為本項(xiàng)目控制性關(guān)鍵工程。

2 不良地質(zhì)概況

一條6km多的超長隧洞占引水線路總長的99%，穿越地質(zhì)條件復(fù)雜多變的威遠(yuǎn)穹窿地質(zhì)，斷層分布多，地下水豐富，有害氣體廣泛產(chǎn)生。

2.1 斷層分布

隧洞線路區(qū)主要構(gòu)造形態(tài)為威遠(yuǎn)背斜及其次級(jí)構(gòu)造，于張家溝上游附近與威遠(yuǎn)穹窿背斜長軸以約30°的角度斜交，張家溝以東威遠(yuǎn)背斜形態(tài)清楚，其西受褶曲、斷層影響，背斜軸線不清楚，背斜發(fā)育較多次級(jí)褶曲及小斷裂，其中岔口巖、奔巖口、張家溝、石油廠、馬鞍山等地較為集中。與引水線路相交的斷層有7條，另外還有14條斷層距離引水線路35m～550m，極有可能影響工程施工。引水線路附近斷層分布及特征見表1。

表1 引水線路相交斷層分布及基本特征

2.2 地下水分布

引水線路所在地均為碳酸鹽巖分布區(qū)，頂部為三疊系上統(tǒng)須家河組碎屑巖夾煤層地層，地下水類型按其賦存條件主要分為第四系松散堆積層的孔隙水，基巖裂隙水和巖溶水三大類，巖溶水根據(jù)其化學(xué)成分又可分為重碳酸鹽類水和硫酸鹽類溫泉水兩種類型。鉆孔中各層含水層水位情況見表2。

2.3 有害氣體分布

威遠(yuǎn)穹窿背斜的隆起，導(dǎo)致周圍產(chǎn)生了大量次級(jí)構(gòu)造，據(jù)統(tǒng)計(jì)，背斜范圍內(nèi)有200多個(gè)次級(jí)小型褶皺和斷層，有害氣體沿廣泛分布斷層與裂隙得以上升。威遠(yuǎn)河白龍寺-水口寺、新場河石油廠-邱家店一帶均發(fā)現(xiàn)大量含硫化氫的有害氣體溢出地表。邱家店礦坑處溢出地表的硫化氫氣體具有極刺鼻的臭雞蛋味，同時(shí)還含有大量甲烷氣體，成人在礦坑邊站立幾分鐘便感覺到頭痛、頭暈。

表2 隧洞區(qū)鉆孔水位情況統(tǒng)計(jì)

引水線路位于威遠(yuǎn)穹窿背斜核部附近，底板在穿越威遠(yuǎn)穹窿背斜核部時(shí)距承壓水頂板最小距離僅約9m，且有F13斷層及較多豎向裂隙與隧洞連通。硫化氫、甲烷等有害氣體沿這些上升通道從硫酸鈣型的區(qū)域性承壓水中大面積溢出到引水隧洞中的可能性較大。

3 施工主要問題

3.1 圍巖穩(wěn)定問題

隧洞圍巖以Ⅳ～Ⅴ類為主、占比81%，圍巖穩(wěn)定性差，成洞困難，施工開挖中圍巖易產(chǎn)生大規(guī)模變形和失穩(wěn)，施工中應(yīng)及時(shí)采取支護(hù)措施和排水措施，并及時(shí)進(jìn)行隧洞永久襯砌。Ⅲ類圍巖、占比19%，完整性較好，構(gòu)造裂隙多閉合，巖體呈次塊狀-碎裂鑲嵌結(jié)構(gòu)，圍巖局部穩(wěn)定性差，可能產(chǎn)生變形和小規(guī)?？逅瑧?yīng)及時(shí)采取相應(yīng)支護(hù)措施。同時(shí)，Ⅲ類圍巖中也可能出現(xiàn)斷層及構(gòu)造破碎帶和地下水活動(dòng)強(qiáng)烈?guī)У炔涣嫉刭|(zhì)洞段，其圍巖類別也應(yīng)相應(yīng)降為Ⅳ～Ⅴ類。施工中應(yīng)根據(jù)實(shí)際開挖揭示的地質(zhì)條件，采取相應(yīng)的支護(hù)及襯砌措施。

3.2 地下水的影響問題

T2l1-2含水層為潛水含水層，無腐蝕性，位于隧洞洞身以上2m～120m。進(jìn)口樁號(hào)0+181.7～0+343.0段和出口樁號(hào)6+259.7～6+581.0段含水層位于3倍洞徑范圍，因此，在隧洞進(jìn)、出口段開挖時(shí)，應(yīng)注意加強(qiáng)排水，并對(duì)開挖洞段及時(shí)封閉和襯砌。

T1j5-1層承壓含水層厚23.09m～39.36m，本身無腐蝕性，局部裂隙、斷裂等構(gòu)造將其與下部區(qū)域性承壓含水層連通時(shí)具有腐蝕性。本層主要為中厚-厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r，隧洞在引水線路樁號(hào)1+585.3～3+665.3和4+508.2～5+421.2段穿越該層，穿越長度為2993m。隧洞開挖過程中穿越該層含水層時(shí)，所遇單位長度涌水量為0.04L/s～1.05L/s，當(dāng)遇到巖體裂隙密集帶或斷層破碎帶時(shí)，最大涌水量有可能達(dá)到64.21L/s～493.74L/s。開挖經(jīng)過此段承壓含水層時(shí)應(yīng)做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，監(jiān)測地下水的動(dòng)態(tài)、流量變化情況，及時(shí)封閉和襯砌，并做好遭遇大流量地下水的應(yīng)對(duì)方案。

賦存于T1j4-1及T1j3白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r中的硫酸鹽類溫泉水為區(qū)域性承壓水含水層，厚144.68m～162.99m，SO42-含量586mg/L～2087mg/L，具有強(qiáng)腐蝕性，局部溢出于T1j4-3的白云質(zhì)灰?guī)r層中，隧洞未直接穿越該區(qū)域性承壓含水層，但在穿越威遠(yuǎn)穹窿背斜核部附近時(shí)，隧洞底板距該承壓水頂板最小距離僅約9m，且有斷裂帶及較多豎向裂隙與隧洞連通。在隧洞開挖過程中，強(qiáng)腐蝕性的硫酸鹽類溫泉水沿這些上升通道大面積溢出到隧洞中的可能性較大。隧洞開挖經(jīng)過威遠(yuǎn)背斜核部附近時(shí)，應(yīng)監(jiān)測硫酸鹽類溫泉水的動(dòng)態(tài)、流量變化情況，及時(shí)封閉和襯砌。

3.3 有害氣體的影響問題

由于威遠(yuǎn)穹窿構(gòu)造的影響，威遠(yuǎn)背斜核部聚集大量硫化氫和甲烷氣體，隧洞在穿越威遠(yuǎn)背斜核部時(shí)硫化氫、甲烷等有害氣體沿?cái)嗔褞?、豎向裂隙等上升通道大面積溢出到引水隧洞中的可能性較大。建議施工過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測硫化氫和甲烷氣體的濃度，做好遭遇有害氣體的應(yīng)對(duì)方案。

4 不良地質(zhì)段施工措施

4.1 嚴(yán)格按規(guī)范開展監(jiān)測

有害氣體的監(jiān)測以《水工建筑物地下開挖工程施工規(guī)范》(SL 378-2007)、《水利水電工程施工作業(yè)人員安全操作規(guī)程》(SL 401-2007)、《水利水電工程施工通用安全技術(shù)規(guī)程》(SL 398-2007)、《煤礦安全規(guī)程》、《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》、《鐵路瓦斯隧洞技術(shù)暫行規(guī)定》為主要依據(jù)進(jìn)行有害氣體監(jiān)測、控制。有害氣體控制標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 有害氣體的允許含量

4.2 實(shí)施超前探測

利用防爆地質(zhì)雷達(dá)對(duì)開挖面至前方60m范圍進(jìn)行超前探測，了解其地層構(gòu)造和含氣含水狀況。對(duì)探測出的裂隙發(fā)育、連通性好的含氣層或較大的氣囊，用150型地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行超前鉆探，對(duì)有害氣體進(jìn)行判斷，并通過鉆孔排放有害氣體。在每個(gè)開挖循環(huán)作業(yè)之前，加強(qiáng)局部鉆孔以便對(duì)開挖面前方5m范圍進(jìn)行探測，判斷是否有有害氣體逸出。

4.3 加強(qiáng)施工通風(fēng)

通風(fēng)是降低有害氣體濃度、防止有害氣體積聚的最有效手段。通風(fēng)可以不斷向洞內(nèi)送入新鮮空氣，排出有害氣體和降低粉塵濃度，從而改善洞內(nèi)施工環(huán)境，確保洞內(nèi)施工安全和人體健康，提高生產(chǎn)效率。通風(fēng)量至少應(yīng)滿足洞內(nèi)空氣含氧量不得少于20%，并保證洞內(nèi)施工人員每人每分鐘能獲得4m3的新鮮空氣，嚴(yán)格控制粉塵允許濃度，杜絕洞內(nèi)有害氣體濃度超標(biāo)。從洞口至洞內(nèi)1000m以內(nèi)采用一臺(tái)風(fēng)機(jī)一道管路壓入式通風(fēng)；施工進(jìn)入洞內(nèi)1000m以上時(shí)，采用兩臺(tái)風(fēng)機(jī)兩道管路壓入式通風(fēng)，以滿足施工要求。

4.4 強(qiáng)化施工防護(hù)

隧洞內(nèi)機(jī)械設(shè)備均采用防爆、阻燃型，在有害氣體含量高的地段施工，作業(yè)人員必須攜帶個(gè)體自救器。爆破采用煤礦許用安全炸藥以及非電毫秒起爆系統(tǒng)和電雷管引爆，在洞內(nèi)人員全部撤離后，洞外起爆。通風(fēng)后，先由救護(hù)人員帶滅火器、自救器及檢測儀進(jìn)入工作面，經(jīng)檢查無燃燒、無有害氣體涌出后再供電，待檢測各種有害氣體濃度降至安全標(biāo)準(zhǔn)以下后，才能開始出渣作業(yè)。

4.5 采取灌漿封閉

對(duì)有害氣體含量較高，地下水豐富的地段，為施工及營運(yùn)安全，采用小導(dǎo)管注漿封閉周邊圍巖裂隙，防止有害氣體滲漏，超量涌水的發(fā)生。使用φ42鋼管鉆梅花孔，管長6.0m～8.0m，沿開挖周邊以5°～8°外插角鉆孔，鋼花管插入孔內(nèi)，孔口用錨固劑堵塞縫隙。注漿用水泥-水玻璃雙液漿摻BR增加型防水劑，其配合比、注漿壓力現(xiàn)場試驗(yàn)確定。

4.6 優(yōu)化混凝土支護(hù)

對(duì)斷層破碎帶、軟弱夾層等地質(zhì)缺陷采用超前錨桿、管棚進(jìn)行預(yù)支護(hù)，在預(yù)支護(hù)的保護(hù)下采用“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、常觀察”的施工原則進(jìn)行施工。臨時(shí)支護(hù)采用氣密性噴混凝土封閉瓦斯，二次襯砌采用全封閉復(fù)合式襯砌，澆筑氣密性混凝土，氣密性混凝土滲透系數(shù)小于10×10-11cm/s，防止有害氣體逸出。

5 結(jié)語

通過長隧洞不良地質(zhì)條件下施工技術(shù)方案的研究，有針對(duì)性地優(yōu)化施工方案，提高隱患風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)見性，更好的規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)，確保施工安全，可以大幅提高施工工作效率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益雙豐收。